基于PLC控制的自動(dòng)化立體車庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

周其鼐

摘 要 立體停車設(shè)備是滿足大眾生活所需的新型產(chǎn)品，尤其近年來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展轎車進(jìn)入每個(gè)家庭后，立體車庫(kù)更是成為一種發(fā)展趨勢(shì)，本文利用PLC對(duì)2層9車的升降橫移式立體停車設(shè)備的自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞 立體車庫(kù) PLC 升降橫移式 自動(dòng)控制系統(tǒng)

0 引言

最早的立體車庫(kù)出現(xiàn)于上世紀(jì)初，二十一世紀(jì)以來(lái)，全球汽車的數(shù)量呈爆炸式增長(zhǎng)，汽車給予人方便的同時(shí)又帶來(lái)了一系列停車難問(wèn)題，在人口密集的城市，如何解決停車難問(wèn)題，立體車庫(kù)的建造是一項(xiàng)具有前瞻性的舉措。

截至目前為止，中國(guó)機(jī)動(dòng)車總量及年增量均達(dá)到歷史最高水平，但我國(guó)停車場(chǎng)建設(shè)難以滿足現(xiàn)階段車輛對(duì)停車位的要求，傳統(tǒng)方式的停車場(chǎng)因其本身缺點(diǎn)正逐漸退出歷史舞臺(tái)，自動(dòng)化立體車庫(kù)正處在一個(gè)高速發(fā)展的時(shí)期，有效解決了停車的難題，還具有經(jīng)濟(jì)性良好的特點(diǎn)，從而成為當(dāng)下發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。

本文選擇雙層升降橫移式立體車庫(kù)，也就是采用西門子PLC對(duì)2層9車的立體車庫(kù)進(jìn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)。此車庫(kù)分為上下兩層，共有10個(gè)車位，其中下層有一個(gè)為空位作為交換車位，可為載車板提供一個(gè)無(wú)障礙的上下升降通道，另外9個(gè)車位用于存放車輛。底層車位存取車輛時(shí)，無(wú)需移動(dòng)載車板，車可以直接進(jìn)出；上層車位進(jìn)出車時(shí)，先要判斷該車位正下方車位是否有載車板，有載車板時(shí)要進(jìn)行相應(yīng)的平移處理，直到下方為空車位才可以進(jìn)行下降動(dòng)作進(jìn)行進(jìn)出車處理，進(jìn)出車結(jié)束后載車板需要復(fù)位上升，而底層載車板無(wú)需復(fù)位。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

1.1 立體車庫(kù)自動(dòng)控制系統(tǒng)要求

選取車位后，載車板在電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)下按照程序設(shè)計(jì)好的的路徑自動(dòng)到達(dá)地面；進(jìn)入停車庫(kù)存取車時(shí)，升降電動(dòng)機(jī)以及平移電動(dòng)機(jī)都必須處于停止?fàn)顟B(tài)，否則會(huì)造成不必要的車輛損壞和人員傷亡。若控制系統(tǒng)發(fā)生故障或者車庫(kù)內(nèi)存在安全隱患時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)該發(fā)出報(bào)警用來(lái)提示工作人員進(jìn)行排查和處理。

1.2 控制系統(tǒng)硬件組成（圖1）

利用檢測(cè)機(jī)構(gòu)將檢測(cè)到的信號(hào)作為輸入信號(hào)給PLC。光電開關(guān)用來(lái)檢測(cè)載車板上面是否有車，行程開關(guān)用來(lái)判斷載車板是否升降平移完成，感溫感煙復(fù)合式傳感噐用來(lái)檢測(cè)車庫(kù)內(nèi)是否有安全隱患以備緊急突發(fā)狀況。接收PLC給出的輸出信號(hào)的作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它會(huì)按照輸出信號(hào)做出相應(yīng)的動(dòng)作。利用升降電動(dòng)機(jī)以及橫移電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)載車板的上下升降以及左右平移。

按照立體車庫(kù)自動(dòng)控制系統(tǒng)要求，比較繼電器、單片機(jī)和PLC三種控制方式的優(yōu)缺點(diǎn)，最終決定采用PLC（可編程控制噐）作為立體車厙自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心，本控制系統(tǒng)選用西門子S7-300型PLC。

2 系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)

2.1 程序流程圖

首先進(jìn)行主程序設(shè)計(jì)，先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，以免發(fā)生程序錯(cuò)誤；然后進(jìn)行安全檢測(cè)，判斷系統(tǒng)是否存在故障，先進(jìn)行排除故障操作后才能進(jìn)行存取車的操作。在選取車位的時(shí)候，需要先判斷所選車位正下方是否有載車板的存在，YES執(zhí)行下層載車板左右平移，NO執(zhí)行彈開防墜掛鉤操作；接著判斷升降通道是否通暢，YES才可以執(zhí)行下降載車板，即存取車的操作。延時(shí)1min，載車板復(fù)位上升需判斷載車板是否上升回到原位置，復(fù)位完成，存取車才算整體完成。子程序塊按車位號(hào)碼排列就好，底層直接進(jìn)出車，上層需要底層的平移與頂層的升降配合完成，程序類似。存取車程序流程圖如圖2所示。

本文設(shè)計(jì)雙層五列九車位PLC程序，用梯形圖來(lái)實(shí)現(xiàn)。

以存取3號(hào)車為例進(jìn)行說(shuō)明。按下3號(hào)車位按鈕時(shí)，首先判斷3號(hào)車位正下方是否有通暢的升降通道，即檢測(cè)8號(hào)位置是否有載車板；若沒(méi)有，3號(hào)可以直接下降，若有，要再檢測(cè)哪個(gè)位置沒(méi)有載車板，再根據(jù)情況選擇如何平移下層載車板來(lái)提供升降通道；3號(hào)下降停留幾秒后復(fù)位上升至原位置，存取車完成。下面分情況也就是存取3號(hào)位置車的子程序說(shuō)明。

（1）當(dāng)3號(hào)車位正下方8號(hào)車位無(wú)載車板時(shí)，3號(hào)載車板可以直接下降，直到觸碰8號(hào)位置下行程開關(guān)，給PLC一個(gè)信號(hào)，PLC控制升降電機(jī)制動(dòng)，下降完成；延時(shí)1min后復(fù)位，升降電動(dòng)機(jī)上升，觸碰3號(hào)位置上行程開關(guān)，PLC控制升降電機(jī)制動(dòng)，載車板上升停止，存取車完成。為防止載車板同時(shí)運(yùn)動(dòng)造成不必要的損失，所以程序中加入了互鎖環(huán)節(jié)以確保安全。

（2）當(dāng)下層7號(hào)車位無(wú)載車板時(shí)，3號(hào)載車板下方?jīng)]有升降通道，需要正下方8號(hào)載車板左移以空出升降通道。設(shè)計(jì)最初先檢測(cè)此時(shí)的情況，發(fā)現(xiàn)8號(hào)有板7號(hào)無(wú)板，根據(jù)設(shè)計(jì)好的最優(yōu)路徑，系統(tǒng)默認(rèn)選擇先左移8號(hào)位置載車板，3號(hào)再下降。8號(hào)左移直到觸碰7號(hào)位置左行程開關(guān)，給PLC一個(gè)信號(hào)，PLC控制橫移電機(jī)制動(dòng)，檢測(cè)7號(hào)左右、下行程開關(guān)常開，8號(hào)載車板左移完成；這時(shí)3號(hào)可以直接下降了，直到觸碰8號(hào)位置下行程開關(guān)，給PLC一個(gè)信號(hào)，PLC控制升降電機(jī)制動(dòng)，下降完成；停留1min后復(fù)位，觸碰3號(hào)位置上行程開關(guān)，PLC控制升降電機(jī)制動(dòng)，載車板上升停止，存取車完成。

（3）當(dāng)下層6號(hào)車位無(wú)載車板時(shí)，先檢測(cè)3號(hào)位置正下方有8號(hào)位置載車板，沒(méi)有升降通道，再通過(guò)載車板檢測(cè)發(fā)現(xiàn)6號(hào)位置為空，根據(jù)設(shè)計(jì)好的最優(yōu)路徑，系統(tǒng)默認(rèn)選擇先左移7號(hào)位置載車板至6號(hào)再左移8號(hào)至7號(hào)，然后3號(hào)再下降。7號(hào)左移直到觸碰6號(hào)位置左行程開關(guān)，給PLC一個(gè)信號(hào)，PLC控制橫移電機(jī)制動(dòng)，檢測(cè)6號(hào)左右、下行程開關(guān)常開，7號(hào)載車板左移完成；然后8號(hào)左移直到觸碰7號(hào)位置左行程開關(guān)，給PLC一個(gè)信號(hào)，PLC控制橫移電機(jī)制動(dòng)，檢測(cè)7號(hào)左右、下行程開關(guān)常開，8號(hào)載車板左移完成；此時(shí)3號(hào)可以直接下降了，直到觸碰8號(hào)位置下行程開關(guān)，給PLC一個(gè)信號(hào)，PLC控制升降電機(jī)制動(dòng)，下降完成；停留1min后復(fù)位，觸碰3號(hào)位置上行程開關(guān)，PLC控制升降電機(jī)制動(dòng)，載車板上升停止，存取車完成。

（4）當(dāng)下層9號(hào)車位無(wú)載車板時(shí)，由于車位對(duì)稱，情況跟下層7號(hào)位置無(wú)載車板時(shí)相似。先將8號(hào)右移到9號(hào)，觸碰9號(hào)右行程開關(guān)，8號(hào)橫移電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行，8號(hào)右移完成；然后3號(hào)再下降，觸碰8號(hào)下行程開關(guān)，3號(hào)升降電機(jī)停止運(yùn)行，3號(hào)下降完成；經(jīng)過(guò)延時(shí)，3號(hào)復(fù)位，升降電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)載車板上升，觸碰3號(hào)上行程開關(guān)，載車板停止，存取車完成。

（5）當(dāng)下層10號(hào)車位無(wú)載車板時(shí)，由于車位對(duì)稱，情況跟下層6號(hào)位置無(wú)載車板相似。先將9號(hào)右移到10號(hào)，觸碰10號(hào)右行程開關(guān)，9號(hào)橫移電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行，9號(hào)右移完成；再將8號(hào)右移到9號(hào)，觸碰9號(hào)右行程開關(guān)，8號(hào)橫移電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行，8號(hào)右移完成；然后3號(hào)再下降，觸碰8號(hào)下行程開關(guān)，3號(hào)升降電機(jī)停止運(yùn)行，3號(hào)下降完成；經(jīng)過(guò)延時(shí)，3號(hào)復(fù)位，升降電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)載車板上升，觸碰3號(hào)上行程開關(guān)，載車板停止；存取車完成。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文主要研究?jī)?nèi)容是根據(jù)我國(guó)停車設(shè)備實(shí)際發(fā)展情況分析設(shè)計(jì)了基于PLC控制的立體車庫(kù)自動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)升降橫移式立體車庫(kù)進(jìn)行了原理介紹，系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)和梯型圖設(shè)計(jì)，基本滿足所需控制功能和使用要求，PLC的應(yīng)用和繼電器和單片機(jī)相比速度快，抗干擾性強(qiáng)，可靠性高，無(wú)論從操作，控制還是效率方面來(lái)說(shuō)PLC都更具優(yōu)勢(shì)，因此在今后發(fā)展進(jìn)程中PLC具有強(qiáng)大的生命力。

參考文獻(xiàn)

[1] 柳春生.西門子PLC應(yīng)用與設(shè)計(jì)教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[2] 李波，李國(guó)棟，薛興國(guó).PLC在立體車庫(kù)中的應(yīng)用[J].機(jī)電工程，2008.25（11）：71-73.

[3] 馬紅麒.基于PLC控制的多層立體車庫(kù)的研究與設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2009（3）：97-98.

[4] 楊繼志，郭敬.自動(dòng)化立體車庫(kù)的關(guān)鍵技術(shù)[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2007（1）：42-43.

[5] 張強(qiáng).基于s7-300控制的升降橫移自動(dòng)化立體車庫(kù)的研究與設(shè)計(jì)[D].成都：電子科技大學(xué)，2009.